KR20120004666A

KR20120004666A - 전동식 브레이크 시스템의 제어방법

Info

Publication number: KR20120004666A
Application number: KR1020100065284A
Authority: KR
Inventors: 김명준
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-01-13
Also published as: DE102011106007A1; DE102011106007B4; KR101249367B1; CN102328649A; US20120007537A1; US8692499B2

Abstract

본 발명은 위치 제어기, 속도 제어기 및 전류 제어기를 중첩하여 형성한 모터 제어용 캐스케이드 제어기를 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서, 모터의 작동 초기에 실제 모터의 속도가 모터의 명령 속도보다 커지는 시점에 도달하는지 여부를 판단하고; 실제 모터의 속도가 모터의 명령 속도보다 커지는 시점에 도달하면 도달 시점부터 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지 모터의 감속을 제한한다.
본 발명은 전동식 브레이크 시스템의 모터의 작동 초기에 속도 에러(실제 모터의 속도＞모터의 명령 속도)가 발생하더라도 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지는 모터의 감속을 제한함으로써 제동 응답성을 향상시킬 수 있다.

Description

전동식 브레이크 시스템의 제어방법{Control Method for Electro-Mechanical Brake System}

본 발명은 차량의 브레이크 시스템에 관한 것으로, 전기 모터와 감속기의 작동에 의해 차량의 제동이 이루어지도록 하는 전동식 브레이크 시스템(Electro-Mechanical Brake System)에 관한 것이다.

차량의 브레이크 시스템(Brake System)은 주행하는 차량을 감속 또는 정지시킴과 동시에, 주차 상태를 유지하기 위한 장치이다.

이러한 브레이크 시스템으로는 통상적으로 운동 에너지를 마찰력을 이용해 열 에너지로 바꾸어, 그것을 대기 속으로 방출시켜 제동 작용을 하는 마찰식 브레이크 시스템이 사용되는데, 이는 차륜과 함께 회전하는 디스크를 그 양쪽에서 패드가 유압에 의하여 압착되면서 제동이 이루어진다.

그러나 기존의 유압식 브레이크 시스템은 제동 시 유압을 이용하여 패드를 강하게 디스크 쪽으로 밀어 주는 방식으로 구현됨에 따라, 페달 조작력을 배력하는 부스터를 통해 작동되어 유압을 발생하는 마스터 실린더와, 휠 실린더 쪽으로 이어지는 유압 라인은 물론, 이들을 제어하고 보조하는 각종 장치들로 복잡한 구성이 이루어질 수밖에 없고, 이러한 구성의 복잡함과 유압 사용에 따른 제동 성능의 신뢰성과 안정성 강화 등에 어느 정도 한계성이 있을 수 밖에 없는 취약성이 존재한다.

이에 따라, 유압식 브레이크가 갖지 못하는 구성의 단순함을 구현하고, 제동 성능의 신뢰성을 강화시킬 수 있는 전동식 브레이크(Electro-Mechanical Brake; EMB) 시스템의 사용이 늘고 있는 추세이다.

이러한 전동식 브레이크 시스템은 제동 시 전자 페달 정보를 입력 받은 전자 제어 유닛(ECU)이 모터를 구동시켜 축 방향 이동력을 발생시키면, 모터에 결합된 감속기를 거쳐 피스톤이 축 방향으로 이동되면서 패드로 디스크를 가압해 제동을 구현하게 된다.

여기서, 전동식 브레이크 시스템의 핵심 액츄에이터인 모터로는 BLAC 타입 또는 BLDC 타입이 주로 사용되며, 이러한 모터를 제어하기 위해 위치 제어기(또는 힘 제어기), 속도 제어기 및 전류 제어기를 중첩하여 형성한 캐스케이드 제어기(Cascade Controller)가 사용된다.

전동식 브레이크 시스템의 모터가 작동 정지 상태에서 작동 명령을 받게 되면 초기 관성과 스틱 슬립(Stick Slip) 현상으로 인해 약간의 작동 지연이 발생하게 된다. 이후 일단 모터의 작동이 시작되면 작동 지연 때문에 생긴 속도 제어기의 큰 에러로 인해 속도 제어기가 매우 큰 명령 신호값을 출력하게 되고 이로 인해 모터의 속도에 오버슈트(overshoot)가 발생한다. 이러한 오버슈트가 발생하면 모터의 속도는 모터 제어기의 명령 속도를 훨씬 초과하게 되고 속도 제어기가 이에 대응하여 모터의 속도를 감소시키기 위해 모터에 역방향(즉, 모터의 작동이 정지되는 방향) 명령을 전달하게 된다. 일반적으로 제어 관점에서 보면 이는 올바른 제어 거동이라고 볼 수 있으나, 전동식 브레이크 시스템의 관점에서 보면 이 시기는 모터가 작동을 시작한 직후이므로 아직 패드가 디스크에 접촉되어 제동력이 발생하기 시작하는 시점에는 도달하지 못한 상태이기 때문에 속도 에러(명령 속도보다 큰 방향)가 크게 발생했다 하더라도 모터가 최고 속도에 가깝게 회전해야 하는 시기이므로 절대로 모터를 감속시켜서는 안 된다.

전동식 브레이크 시스템의 모터의 작동 초기에 속도 에러(실제 모터의 속도＞모터의 명령 속도)가 발생하더라도 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지는 모터의 감속을 제한함으로써 제동 응답성을 향상시킬 수 있는 전동식 브레이크 시스템의 제어방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 브레이크 시스템의 제어방법은 위치 제어기, 속도 제어기 및 전류 제어기를 중첩하여 형성한 모터 제어용 캐스케이드 제어기를 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서, 모터의 작동 초기에 실제 모터의 속도가 모터의 명령 속도보다 커지는 시점에 도달하는지 여부를 판단하고; 실제 모터의 속도가 모터의 명령 속도보다 커지는 시점에 도달하면 도달 시점부터 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지 모터의 감속을 제한한다.

또한 모터의 감속을 제한하는 것은, 속도 제어기의 출력 명령을 0으로 만드는 것이다.

또한 모터의 감속을 제한하는 것은, 모터에 상기 모터를 가속시키지 않을 정도의 일정한 전류만이 흐르도록 전류 제어기의 입력 명령을 제어하는 것이다.

또한 모터의 감속을 제한하는 것은, 모터에 위치 오차에 비례하는 전류가 흐르도록 전류 제어기의 입력 명령을 제어하는 것이다.

본 발명은 전동식 브레이크 시스템의 모터의 작동 초기에 속도 에러(실제 모터의 속도＞모터의 명령 속도)가 발생하더라도 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지는 모터의 감속을 제한함으로써 제동 응답성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 제어용 캐스케이드 제어기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 제어방법이 적용되는 시점인 속도 에러 발생 시점을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 모터 제어용 캐스케이드 제어기의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전동식 브레이크 시스템의 모터 제어용 캐스케이드 제어기는 위치 제어기(10), 속도 제어기(20), 전류 제어기(30), 모터(40), 모터 전류 감지부(50), 모터 속도 감지부(60), 모터 위치 감지부(70)를 포함한다.

위치 제어기(10)는 전자 제어 유닛(ECU, 미도시)으로부터 전달된 모터 위치 제어명령(P_u) 및 모터 위치 감지부(70)를 통해 측정된 모터의 위치값(P_m)을 입력 받아 위치 제어기(10)의 출력 명령(ω_u)을 생성한다. 여기서, 위치 제어기(10)는 속도 제어기(20)와 직렬 연결되어 있으므로, 위치 제어기(10)의 출력 명령(ω_u)은 속도 제어기(20)에 대한 모터 속도 제어명령(ω_u)이 된다.

속도 제어기(20)는 위치 제어기(10)로부터 전달된 모터 속도 제어명령(ω_u) 및 모터 속도 감지부(60)를 통해 측정된 모터의 각속도(ω_m)를 입력 받아 속도 제어기(20)의 출력 명령(I_u)을 생성한다. 여기서, 속도 제어기(20)는 전류 제어기(30)와 직렬 연결되어 있으므로, 속도 제어기(10)의 출력 명령(I_u)은 전류 제어기(30)에 대한 모터 전류 제어명령(I_u)이 된다.

전류 제어기(30)는 속도 제어기(20)로부터 전달된 모터 전류 제어명령(I_u) 및 모터 전류 감지부(50)를 통해 측정된 모터의 전류값(I_m) 및 역방향 속도 명령 보정값을 입력 받아 전류 제어기(30)의 출력 명령을 생성한다.

여기서, 역방향 속도 명령 보정값이란 전동식 브레이크 시스템의 모터의 작동 초기에 속도 에러(실제 모터의 속도＞모터의 명령 속도)가 발생하더라도 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지 모터의 감속을 제한하기 위해 속도 제어기(20)의 출력 명령 또는 전류 제어기(30)의 입력 명령에 가감(加減)되는 값을 나타낸다. 역방향 속도 명령 보정값에 대해서는 이하에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.

모터(40)는 감속기(미도시)와 함께 전동식 브레이크 시스템의 핵심 액츄에이터(actuator)로, BLAC 타입 또는 BLDC 타입이 주로 사용된다.

모터 전류 감지부(50)는 모터(40)에 흐르는 전류값(I_m)을 측정하여 전류 제어기(30)에 제공한다.

모터 속도 감지부(60)는 모터(40)의 각속도(ω_m)를 측정하여 속도 제어기(20)에 제공한다.

모터 위치 감지부(70)는 모터(40)의 위치값(P_m)을 측정하여 위치 제어기(10)에 제공한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 브레이크 시스템의 제어방법이 적용되는 시점인 속도 에러 발생 시점을 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이 전동식 브레이크 시스템의 모터(40)의 작동 초기에는 모터가 작동을 시작한 직후이므로 아직 패드가 디스크에 접촉되어 제동력이 발생하기 시작하는 시점에는 도달하지 못한 상태이기 때문에 속도 에러(실제 모터의 속도＞모터의 명령 속도)가 발생하더라도 모터의 감속을 제한함으로써 제동 응답성을 향상시킬 필요가 있다.

따라서, 전동식 브레이크 시스템의 모터(40)의 작동 초기에 실제 모터의 속도가 모터의 명령 속도보다 커져 속도 제어기(20)가 모터(40)의 속도를 줄이려고 할 때 즉, 속도 명령(또는 기준 속도)과 속도 에러(기준 속도-실제 모터의 속도)의 부호가 반대일 때(도 2의 "A"영역에 해당) 모터의 감속을 제한함으로써 전동식 브레이크 시스템의 제동 응답성을 개선시키게 된다. 참고로, 도 2에서는 속도 에러(기준 속도-실제 모터의 속도)의 산출 시 위상 지연을 고려하여 모터 속도 감지부(60)를 통해 실제 측정된 모터의 속도가 아닌 측정된 모터의 속도를 필터링한 속도를 "실제 모터의 속도"로 이용하였다.

본 발명에서는 전동식 브레이크 시스템의 모터(40)의 작동 초기에 속도 명령(또는 기준 속도)과 속도 에러(기준 속도-실제 모터의 속도)의 부호가 반대인 시점(도 2의 "A"영역에 해당)에 도달하면 ①속도 제어기(20)의 출력 명령(I_u)을 0으로 만들거나 즉, 역방향 속도 명령 보정값으로 I_u를 입력하거나(I_u-I_u=0), ②모터(40)에 모터(40)를 가속시키지 않을 정도의 일정한 전류만이 흐르도록 전류 제어기(30)의 입력 명령을 제어하거나(이로써, 모터의 감속이 보다 천천히 진행됨), ③모터(40)에 위치 오차에 비례하는 전류가 흐르도록 전류 제어기(30)의 입력 명령을 제어하는 세 가지 방식을 적용하여 모터의 감속을 제한하게 된다.

이와 같이 모터의 감속을 제한하기 위한 본 발명의 제어방법은 모터(40)의 작동 초기에 속도 명령(또는 기준 속도)과 속도 에러(기준 속도-실제 모터의 속도)의 부호가 반대인 시점에 도달했을 때부터 전동식 브레이크 시스템의 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지 적용된다.

본 발명에 따른 제어방법을 적용할 경우, 전동식 브레이크 시스템의 모터의 작동 초기에 속도 에러(실제 모터의 속도＞모터의 명령 속도)가 발생하더라도 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지는 모터의 감속을 제한함으로써 제동 응답성을 향상시킬 수 있게 된다.

10: 위치 제어기 20: 속도 제어기
30: 전류 제어기 40: 모터
50: 모터 전류 감지부 60 : 모터 속도 감지부
70: 모터 위치 감지부

Claims

위치 제어기, 속도 제어기 및 전류 제어기를 중첩하여 형성한 모터 제어용 캐스케이드 제어기를 포함하는 전동식 브레이크 시스템의 제어방법에 있어서,
상기 모터의 작동 초기에 실제 모터의 속도가 상기 모터의 명령 속도보다 커지는 시점에 도달하는지 여부를 판단하고;
상기 실제 모터의 속도가 상기 모터의 명령 속도보다 커지는 시점에 도달하면 상기 도달 시점부터 제동력이 발생하기 시작하는 시점에 도달할 때까지 상기 모터의 감속을 제한하는 전동식 브레이크 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서, 상기 모터의 감속을 제한하는 것은,
상기 속도 제어기의 출력 명령을 0으로 만드는 것인 전동식 브레이크 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서, 상기 모터의 감속을 제한하는 것은,
상기 모터에 상기 모터를 가속시키지 않을 정도의 일정한 전류만이 흐르도록 상기 전류 제어기의 입력 명령을 제어하는 것인 전동식 브레이크 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서, 상기 모터의 감속을 제한하는 것은,
상기 모터에 위치 오차에 비례하는 전류가 흐르도록 상기 전류 제어기의 입력 명령을 제어하는 것인 전동식 브레이크 시스템의 제어방법.